太阳能光伏材料的研究进展

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1、太阳能光伏材料的研究进展综述专论化工科技，2015,23(3):73〜76SCIENCE8LTECHNOLOGYINCHEMICALINDUSTRY陈艳丽1，陈卫东1，胡中爱2（1.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌737100；2.西北师范大学化学化工学院生态环境相关高分子材料教育部重点实验室，甘肃兰州730070）摘要：近年来，不同体系及不同结构的太阳能电池材料的研宄都取得了很好的效果。简要概述了3代太阳能电池的发展，综述了有机和无机2大类光伏发电材料的发展情况，并对作为太阳能电池前沿材料（如：石墨烯）的发展趋

2、势进行了展望。关键词：太阳能电池；无机太阳能光伏材料；有机太叫能光伏材料；研究进展中圈分炎号：TM914.4文献标识码：A文章编号：1008—0511(2015)03太阳能光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。众所周知，影响太阳能电池性能的关键因素是电池材料。制作太阳能电池的材料需满足如下要求：半导体材料的禁带宽度应处于1.1〜1.7eV；光电转换效率要高；材料本身对环境无污染•，便于工业化生产且性能稳定。几十年来，随着新材料、新工艺的不断涌现，太阳能电池组件的光电转换效率、使用寿

3、命均在不断提高‘1

4、。在此过程屮，太阳能电池材料的发展主要经历了3代。第一代太阳能光伏电池材料主要是晶体硅材料。我国硅太阳能光伏材料的发展在很多方面达到世界领先水平，但目前存在硅材料紧缺和成本昂贵的问题。因此，需要寻求新的硅材料生产工艺，降低硅电池的价格，并且要积极研宄新的太阳能电池材料。第二代太阳能电池的核心是一种可黏接的薄膜。这种薄膜具有成本低、可大批量生产、能更好地利用太阳能等优势。许多科学家正寻找全新的途径研制新的太阳能电池，他们设想在单晶硅中掺人其它物质，以形成晶体内的缺陷，利用这些缺陷产生额外的光电势能

5、。这就是人们常说的第三代太阳能电池。此类太阳能电池的材料和生产工艺虽然正处于科学研究阶段，但它一定会具宥广阔的应用前景。11.111.1常见太阳能光伏发电材料无机太阳能光伏发电材料硅材料制作太阳能电池主要以半导体材料为基础。硅是一种重要的半导体材料，并且硅基太阳能电池由于技术成熟、光电转化效率相对较高(理论转化效率可达30%［23)、环境污染小等特点，己成为常用的太阳能电池材料。自硅太阳能电池问世以来，先后有诸多研究者从事对单晶硅太阳能电池材料的研宄。Huang等［3］以结构规整的单晶硅纳米线和聚(3—己基噻吩)一

6、E6,61—苯基一C。，一丁酸甲酯为原料，在玻璃基底上制作出混合太阳能电池，经性能测试后发现，该混合有机光伏电池中单晶硅纳米线的电流密度由7.17mA/cm2提高到11.61mA/cm2。印度物理研究所提出一种内部光陷作用的高效硅太阳电池模型，可将转换效率由18%提高到28.6%［4］。里然以单晶硅为原料的太阳能电池转化效率较高，但单晶硅要求的纯度较高，致使其制备工艺复杂，对设备要求较高，不利于大面积投产使用。为了弥补此类太阳能电池的不足，多晶硅太阳能电池得以迅速发展，尤其是多晶硅薄膜太阳能电池被认为是单晶硅电池最

7、好的替代品，原因是成熟的薄膜制备技术明显地降低了多晶硅的成本。邵等［5］以a_SiC—H层为发*基金项目：国家自然科学基金资助项目(20963009);廿肃省自然科学基金资助项目(0803RJA005)。作者简介：陈艳丽(i984—)，女，甘肃酒泉人，甘肃有色冶金职业技术学院讲师，硕士研究生，主要从事电化学新能源材料研宄。收稿日期：2015-04-1574射器层，制作出的多晶硅太阳能电池高开路电压为1.3IV，转换效率达17.363%,填充因子为0.884。由于多晶硅晶界和晶粒取向的影响，导致其寿命比单晶硅太阳能电

8、池低得多，并且转换效率不高。较多晶硅太阳能电池而言，非晶硅太阳能电池的转换效率有所提高，电池面积明显增大。近几年，非晶硅基合金作为一种新型的电子材料在国际上的研究发展迅速，并己形成一个新技术产业部门。1.1.2无机化合物太阳能电池材料化合物半导体（如：GaAs,CdTe,Cu2ZnSnS。等）用作太阳能电池材料受到科学界和商业界的高度重视。Liang等［63将金属平面与GaAs纳米层结合在一起制成纳米结构的太阳能电池,该电池不仅保持Y良好光学性质的纳米结构，并且尽量减少了影响光电性能的负面因素。与此同时，获得了光的

9、良好吸收，载流子的高效收集，使得电池的能量转换效率为17%，高开路电压为0.982V。此外，以Cu、Zn、Sn、In、Se等元素化合物为材料的太阳能电池因其资源丰富、制作成本低而广为研究。Gu0等［71利用简单的化学方法在液相中首次合成Cu。ZnSnS。纳米晶，在AM1.5G的大气因子下，Cu:ZnSnS。纳米晶太阳能电池的转换效率为0.74%。然而，这些太